Raumwinkeloptimierte Elektron-Photon Koinzidenzmessungen nach der Anregung mit Synchrotronstrahlung unter Verwendung zeitlich verschieden strukturierter Füllmuster des Speicherrings

Für die Untersuchung von Relaxationspfaden von angeregten mikroskopischen Systemen nehmen Messmethoden eine zentrale Rolle ein, bei denen emittierte Teilchen so gemessen werden, dass eine physikalische Korrelation zwischen Ihnen nachgewiesen werden kann. Denn nur durch den Nachweis dieser Korrelationen ist es bei stark verzweigten und sich unter Umständen kreuzenden Relaxationspfaden, diese Pfade eindeutig nachzuverfolgen. Diese sogenannten Koinzidenzmessungen werden seit ihren ersten Anwendungen in den 1920er Jahren daher in verschiedensten Disziplinen der Physik verwendet, so zum Beispiel in der Teilchen- und Kernphysik, der Astrophysik, in der Laserphysik und Quantenkommunikation sowie bei der Untersuchung von atomaren und molekularen sowie schwach gebundenen Systemen. Vor der Entwicklung von Strahlungsquellen mit ausreichend hoher Intensität und Energie der anregenden Photonen erfolgte die Anregung dabei im Allgemeinen mit kontinuierlichen Strahlungsquellen, für welche die damaligen Koinzidenzmethoden entsprechend angepasst waren. Heute ist es mit modernen Synchrotronstrahlungsanlagen nun möglich mikroskopische Systeme mit gepulsten, hochenergetischen Photonen definiert anzuregen und so zuvor experimentell nicht erreichbare Bedingungen für deren Untersuchung zu schaffen. Hierfür wurden die Koinzidenzmessungen entsprechend angepasst, wobei diese meist nur geladene Teilchen detektieren, da deren Nachweiseffizienz ausreichend hoch ist, um bei den stark limitierten Messzeiten an Synchrotronstrahlungsanlagen zu interpretierbaren Ergebnissen zu führen. Weiterhin beschränken sich Koinzidenzmessungen an Synchrotronstrahlungsanlagen auf Grund der komplexen Datenaufnahme häufig nur auf Betriebsmodi, bei denen sich ein einzelnes Elektronpaket in dem Speicherring der Synchrotronstrahlungsanlagen befindet. Da bei vielen Relaxationspfaden aber auch Photonen emittiert werden, ist eine koinzidente Messung dieser Photonen zusammen mit den emittierten, geladenen Teilchen für eine vollständige Untersuchung dieser Pfade notwendig. Im Rahmen dieser Arbeit wurde daher ein experimenteller Aufbau zur Detektion von Elektron-Photon Koinzidenzen realisiert. Dieser Aufbau besteht dabei aus einer magnetischen Flasche zur effizienten Detektion der emittierten Elektronen sowie einem speziell angepassten Spiegelsystem für den effizienten Nachweis der Photonen. Durch Messungen an der Synchrotronstrahlungsanlage BESSY II des Helmholzzentrum Berlins konnte dabei gezeigt werden, dass die Nachweiseffizienz um mindestens eine Größenordnung erhöht werden konnte. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde darüber hinaus durch Ausnutzen der softwarebasierten Koinzidenzmessung anhand von Elektron-Photon Koinzidenzmessungen in Multibunch Hybridmodus von BESSY II gezeigt, dass die genutzte Koinzidenzmessmethode auch bei komplexen Füllmustern von Speicherringen genutzt werden kann und so die Limitierung von Koinzidenzmessungen an Synchrotronstrahlungsanlagen erheblich verringert werden kann. Die ersten Testmessungen wurden dabei an einem System gezeigt, bei welchen nur ein offener Kanal für die Messung von Elektron-Photon Koinzidenzen bei der gewählten Energie der anregenden Photonen existiert. Es wurden daher auch Simulationen durchgeführt, welche Nahe legen, dass diese Methode auch für Messungen von mehreren möglichen Relaxationspfaden nach der Anregung mit Synchrotronstrahlungsanlagen bei komplexen Füllmustern angewendet werden kann.